Un material luminiscente, en particular, un material luminiscente usado en dispositivos de emision de luz,

incluyendo los LED, caracterizado por que el material luminiscente comprende principalmente un silicato y un ionde agente de activacion y tiene una composicion quimica principal expresada por la siguiente formula:

aAO*bA'O*cSi2:xEu*yLn*zM*δN

en la que A se selecciona del grupo que consiste en Sr, Ca, Ba y sus combinaciones; A' se selecciona del grupo queconsiste en Mg, Zn y sus combinaciones; Ln es ion/es de al menos un elemento seleccionado del grupo que consisteen Nd, Dy, Ho, Tm, La, Ce, Er, Pr, Bi, Sm, Sn, Y, Lu, Ga, Sb, Tb, Mn y Pb; M se selecciona del grupo que consisteen CI-, F-, Br-, I- y sus combinaciones; N se selecciona del grupo que consiste en Li+, Na+, K+, Ag+ y suscombinaciones; a, b, c, d, x, y, z y δ son coeficientes molares, 1,0 ≤ a ≤ 5,0; 0 ≤ b ≤ 2,0; 0,5 ≤ c ≤ 2,5; 0,001 ≤ x ≤0,2; 0 ≤ y ≤ 0,5; 0< z< 0,5; 0< δ< 0,2; y en la que 1 ≤ (a+b)/c ≤ 4; y por que bajo la excitacion de un elementoemisor de luz que actua como fuente de luz de excitacion que tiene un espectro de emision en la regioncomprendida entre la luz UV y la luz azul de 240 a 475 nm, el material luminiscente absorbe al menos una parte dela luz procedente de la fuente de luz de excitacion, generando asi un espectro de emision que tiene al menos dospicos en un intervalo de 370 a 760 nm, combinandose las emisiones para dar luz blanca.

Materiales luminiscentes basados en silicato que tienen múltiples picos de emisión, procedimientos para su preparación y uso de los mismos en dispositivos de emisión de luz 5

Campo de la invención

La presente invención pertenece al campo técnico de la iluminación por fotoelectrones y semiconductores, y se refiere a un material luminiscente, en particular, a un material luminiscente usado en dispositivos de emisión de luz

blanca, entre los que se incluyen elementos semiconductores de emisión de luz (tales como los LED) , y a su uso en un dispositivo de emisión de luz.

Antecedentes de la invención

La aparición de los LED de luz blanca representa un avance sustancial para los LED, cuya función pasa del marcaje a la iluminación. La luz emitida por un LED de luz blanca es la más cercana a la luz solar, y puede reflejar mejor el verdadero color del objeto sometido a la radiación. Desde el punto de vista tecnológico, el LED de luz blanca es, sin duda, la técnica más avanzada de LED, debido a otras características destacables tales como que no es contaminante, tiene una larga vida útil, es resistente a descargas eléctricas y a impactos, por lo que se convertirá en

una nueva generación de fuentes luminosas: la cuarta generación de fuentes de luz eléctrica del siglo XXI. Los LED de luz blanca tendrán una selección muy amplia de aplicaciones.

En la actualidad, el LED de luz blanca se realiza principalmente en la técnica anterior mediante los procedimientos de excitar un material fluorescente con un chip emisor de luz UV o un chip emisor de luz azul. Sin embargo, estos

procedimientos están algo limitados por el material fluorescente.

Por ejemplo, las patentes US 5.998.925, US 6.998.771 y ZL00801494.9 revelan el uso de un chip emisor de luz azul para excitar un material fluorescente de granate de tierra rara activado por cerio (por ejemplo, Y3AI5O12:Ce (Y, Gd) 3 (AI, Ga) 5O12:Ce, abreviado como YAG; o granate de Tb, abreviado como TAG) y la mezcla de la luz amarilla 30 emitida por un material fluorescente excitado por el chip emisor de luz azul con una porción de la luz azul del chip emisor de azul para producir luz blanca. Los materiales fluorescentes usados en este procedimiento restringen enormemente la aplicación y el rendimiento de los LED de luz blanca. En primer lugar, el intervalo de longitudes de onda de excitación de dichos materiales fluorescentes es de 420 a 490 nm, siendo su intervalo de longitudes de onda de excitación más eficaz de 370 a 470 nm, pero no son excitados por la luz de la región de luz UV, ni de la

región de longitudes de onda cortas o de la región de luz verde de la luz visible. En segundo lugar, los espectros de emisión de dichos materiales fluorescentes en polvo de la estructura de granate de tierras raras sólo pueden alcanzar aproximadamente 540 nm como máximo y carecen de componente de luz roja, haciendo por tanto que el LED de luz blanca tenga un índice de reproducción cromática relativamente bajo.

Por ejemplo, las patentes US 6.649.946, US 20040135504, CN 1522291A, CN 1705732A, CN 1596292A, CN 1596478A y US 6.680.569 se refieren a materiales fluorescentes de nitruro u oxinitruro activados con tierras raras que pueden excitarse eficazmente en la región comprendida entre la luz UV y la luz azul. El intervalo de longitudes de onda de excitación eficaces de dichos materiales fluorescentes es algo mayor y el intervalo de emisión puede abarcar de la luz verde a la luz roja, pero la luminancia de estos materiales fluorescentes es relativamente baja,

45 siendo el coste de producción de los mismos relativamente elevado. Así pues, el uso de estos materiales fluorescentes como fósforos para los LED comerciales todavía está bastante restringido.

Por ejemplo, la patente estadounidense n.º 6.351.069 se refiere a un material fluorescente de sulfuro emisor de luz roja que se puede añadir como componente compensador cromático a los LED de luz blanca para aumentar el

50 índice de reproducción cromática y disminuir la temperatura cromática. En cualquier caso, la luminancia del material fluorescente de sulfuro es baja, de manera que, aunque aumente el índice de reproducción cromática, reduce la eficacia luminosa del LED. Además, dicho material fluorescente tiene una baja estabilidad química y resistencia al envejecimiento, y corroe el chip, acortando así el tiempo de vida útil del LED.

55 El documento US 2006/0081814A1 revela un ortosilicato alcalinotérreo fosforoactivado por Eu2+, que comprende además al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en La, Gd, Cs y K.

En las patentes anteriormente mencionadas, los procedimientos de fabricación de los LED de luz blanca implican el uso de la luz violeta para excitar dos o más fósforos, o el uso de un chip emisor de luz azul para excitar uno o más

60 fósforos, con el fin de producir luz blanca. En concreto, el uso de varios fósforos tiene como requisito muy importante la compatibilidad de las propiedades de aplicación tales como la estabilidad química, la propiedad de luminiscencia y la propiedad de envejecimiento de los diferentes tipos de fósforos, y la manipulación de los fósforos para las preparaciones de la industria del envasado tiene unas restricciones muy rigurosas.

Revelaciones de la invención

Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar un material luminiscente de silicato caracterizado por un amplio espectro de excitación y múltiples picos de emisión, que tiene un amplio intervalo de longitudes de onda de

excitación (de 240 a 475 nm) , al menos dos picos de emisión en el intervalo de longitudes de onda de 370 a 760 nm, una alta eficacia de conversión de la luz y una excelente resistencia al envejecimiento. Otro objeto de la presente invención consiste en proporcionar un dispositivo de emisión de luz que comprenda un material luminiscente de silicato según la invención, en particular, un LED de luz blanca.

La composición química principal del material luminiscente de silicato según la invención se puede expresar mediante la siguiente fórmula (1) :

aAO•bA'O•cSiO2:xEu•yLn•zM•δN (1) en la que A se selecciona del grupo que consiste en Sr, Ca, Ba y sus combinaciones; A' se selecciona del grupo que consiste en Mg, Zn y sus combinaciones; Ln es ión/es de al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste

en Nd, Dy, Ho, Tm, La, Ce, Er, Pr, Bi, Sm, Sn, Y, Lu, Ga, Sb, Tb, Mn y Pb; M se selecciona del grupo que consiste en CI-, F-, Br-, I-y sus combinaciones; N se selecciona del grupo que consiste en Li+, Na+, K+ y sus combinaciones; a, b, c, d, x, y, z y δ son coeficientes molares, 1, 0 ≤ a ≤ 5, 0; 0 ≤ b≤ 2, 0; 0, 5 ≤ c ≤ 2, 5; 0, 001 ≤ x ≤ 0, 2; 0 ≤ y ≤ 0, 5; 0 < z < 0, 5; 0 < δ < 0, 2; y en la que 1 ≤ (a+b) /c ≤ 4. Bajo la excitación de un elemento emisor de luz como una fuente de luz de excitación que tiene un espectro de emisión en la región comprendida entre la luz UV y la luz azul de 240 a 475 nm, el material luminiscente absorbe al menos una parte de la luz procedente de la fuente de luz de excitación y genera así un espectro de emisión que tiene al menos dos picos en un intervalo de 370 a 760 nm, combinándose las emisiones para dar luz blanca.

Según una realización preferida de la invención, el material fluorescente de silicato tiene una composición química

expresada por la fórmula (1) , en la que A se selecciona del grupo que consiste en Sr, Ca, Ba y sus combinaciones; A' se selecciona del grupo que consiste en Mg, Zn y sus combinaciones; Ln es ión/es de al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Nd, Dy, Ho, Tm, La, Ce, Er, Pr, Sm, Lu, Ga, Bi, Sb, Tb y Mn; M se selecciona del grupo que consiste en CI-, F-y sus combinaciones; N es Li+ y/o Ag+; y en la que 1, 0 ≤ a ≤ 4, 0; 0 ≤ b ≤ 2, 0; 0, 7≤ c ≤ 2, 2; 0, 001 ≤ x ≤ 0, 1; 0, 0≤ y ≤ 0, 25; 0, 001 ≤ z≤0, 2; 0, 001≤ δ<0, 1; y en la que 1, 5 ≤ (a+b) /c ≤ 3.

Según una realización preferida de la invención, el material luminiscente de silicato es excitado por luz procedente de una fuente de luz de excitación que tiene un pico de emisión en un intervalo comprendido entre la luz UV y la luz violeta azulada de 240 a 455 nm, y genera un espectro de emisión que tiene dos... [Seguir leyendo]

1. Un material luminiscente, en particular, un material luminiscente usado en dispositivos de emisión de luz,

incluyendo los LED, caracterizado por que el material luminiscente comprende principalmente un silicato y un ión 5 de agente de activación y tiene una composición química principal expresada por la siguiente fórmula:

aAO•bA'O•cSi2:xEu•yLn•zM•δN

en la que A se selecciona del grupo que consiste en Sr, Ca, Ba y sus combinaciones; A' se selecciona del grupo que consiste en Mg, Zn y sus combinaciones; Ln es ión/es de al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Nd, Dy, Ho, Tm, La, Ce, Er, Pr, Bi, Sm, Sn, Y, Lu, Ga, Sb, Tb, Mn y Pb; M se selecciona del grupo que consiste en CI-, F-, Br-, I-y sus combinaciones; N se selecciona del grupo que consiste en Li+, Na+, K+, Ag+ y sus combinaciones; a, b, c, d, x, y, z y δ son coeficientes molares, 1, 0 ≤ a ≤ 5, 0; 0 ≤ b ≤ 2, 0; 0, 5 ≤ c ≤ 2, 5; 0, 001 ≤ x ≤ 0, 2; 0 ≤y ≤0, 5; 0 < z < 0, 5; 0 < δ< 0, 2; y en la que 1 ≤ (a+b) /c ≤ 4; y por que bajo la excitación de un elemento

emisor de luz que actúa como fuente de luz de excitación que tiene un espectro de emisión en la región comprendida entre la luz UV y la luz azul de 240 a 475 nm, el material luminiscente absorbe al menos una parte de la luz procedente de la fuente de luz de excitación, generando así un espectro de emisión que tiene al menos dos picos en un intervalo de 370 a 760 nm, combinándose las emisiones para dar luz blanca.

2. El material luminiscente material la reivindicación 1, caracterizado por que en la fórmula que expresa la composición química, A se selecciona del grupo que consiste en Sr, Ca, Ba y sus combinaciones; A' se selecciona del grupo que consiste en Mg, Zn y sus combinaciones; Ln es ión/es de al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste en Nd, Dy, Ho, Tm, La, Ce, Er, Pr, Sm, Lu, Ga, Bi, Sb, Tb y Mn; M se selecciona del grupo que consiste en CI-, F-y sus combinaciones; N es Li+ o Arg+, o una de sus combinaciones; y en la que 1, 0 ≤ a ≤ 4, 0; 0 ≤ b

≤ 2, 0; 0, 7 ≤c≤2, 2; 0, 001 ≤x≤0, 1; 0 ≤y ≤0, 25; 0, 001 < z < 0, 2; 0, 001 < δ< 0, 1; y en la que 1, 5 ≤ (a+b) /c ≤3.

3. El material luminiscente según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el material luminiscente es excitado por luz procedente de una fuente de luz de excitación que tiene un pico de emisión en un intervalo comprendido entre la luz UV y la luz violeta azulada de 240 a 455 nm, y genera un espectro de emisión que tiene dos picos en un intervalo de 370 a 760 nm.

4. El material luminiscente según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el material luminiscente es excitado por luz procedente de una fuente de luz de excitación que tiene un pico de emisión en un intervalo comprendido entre la luz UV y la luz violeta azulada de 240 a 455 nm, y genera un espectro de emisión que tiene tres picos en un

intervalo de 370 a 760 nm.

5. El material luminiscente según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el material luminiscente es excitado por luz procedente de una fuente de luz de excitación que tiene un pico de emisión en la región de la luz azul de 455 a 475 nm, y genera un espectro de emisión que tiene dos picos en un intervalo de 370 a 760 nm.

6. El material luminiscente según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el material luminiscente es excitado por luz procedente de una fuente de luz de excitación que tiene un pico de emisión en la región de la luz azul de 455 a 475 nm, y genera un espectro de emisión que tiene tres picos en un intervalo de 370 a 760 nm.

45 7. El material luminiscente según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el material luminiscente es excitado por luz procedente de una fuente de luz de excitación que tiene un pico de emisión en la región comprendida entre la luz UV y la luz azul de 240 a 475 nm, y la longitud de onda del pico de emisión del material luminiscente es más larga que la longitud de onda del pico de emisión del lado de longitudes de onda largas de la fuente de luz de excitación.

8. Un dispositivo de emisión de luz que comprende un elemento emisor de luz usado como fuente de luz de excitación y materiales luminescentes capaces de convertir al menos una parte de la luz procedente de la fuente de luz de excitación, caracterizado por que:

55 el elemento emisor de luz tiene un espectro de emisión con un pico en un intervalo comprendido entre la luz UV y la luz azul de 240 a 475 nm, al menos una parte de las longitudes de onda del primer espectro de emisión del elemento emisor de luz se modifica para dar un segundo espectro de emisión de los materiales luminescentes que tiene al menos dos picos en un intervalo de longitudes de onda de 370 a 760 nm y al menos uno de los materiales luminescentes es un material que tiene una composición química expresada por la fórmula:

aAO•bA'O•SiO2:xEu•yLn•zM•δN

en la que A se selecciona del grupo que consiste en Sr, Ca, Ba y sus combinaciones; A' se selecciona del grupo que consiste en Mg, Zn y sus combinaciones; Ln es ión/es de al menos un elemento seleccionado del grupo que consiste 65 en Nd, Dy, Ho, Tm, La, Ce, Er, Pr, Bi, Sm, Sn, Y, Lu, Ga, Sb, Tb, Mn y Pb; M se selecciona del grupo que consiste en CI-, F-, Br-, I-y sus combinaciones; N se selecciona del grupo que consiste en Li+, Na+, K+ y sus combinaciones;

a, b, c, d, x, y, z y δ son coeficientes molares, 1, 0 ≤ a ≤ 5, 0; 0 ≤ b≤ 2, 0; 0, 5 ≤ c ≤ 2, 5; 0, 001 ≤ x ≤ 0, 2; 0 ≤ y ≤ 0, 5; 0 < z < 0, 5; 0 < δ< 0, 2; y en la que 1 ≤ (a+b) /c ≤ 4.

9. El dispositivo de emisión de luz según la reivindicación 8, caracterizado por que el elemento emisor de luz que

actúa como la fuente de luz de excitación tiene al menos un pico de emisión en el intervalo comprendido entre la luz UV y la luz azul de 240 a 475 nm, en el que el material luminiscente tiene una banda de absorción.

10. El dispositivo de emisión de luz según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado por que la capa luminiscente del

elemento emisor de luz está compuesta por un semiconductor de nitruro o un semiconductor de nitruro que contiene 10 In.

11. El dispositivo de emisión de luz según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado por que el material luminiscente usado es el material luminiscente de silicato reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

12. El dispositivo de emisión de luz según la reivindicación 8, caracterizado por que el elemento emisor de luz tiene un espectro de emisión que tiene un pico en el intervalo comprendido entre la luz UV y la luz azul de 240 a 475 nm; el material luminiscente es uno o una combinación de los materiales luminescentes de silicato reivindicados en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7; y el material luminiscente absorbe al menos una parte de la luz procedente de la fuente de luz de excitación y/o procedente de otro material luminiscente de la combinación y la convierte para

modificar al menos una parte de las longitudes de onda del espectro de emisión del elemento emisor de luz, dando un espectro de emisión diferente que tiene al menos dos picos en el intervalo de longitudes de onda de 370 a 760 nm, dando así luz blanca.

13. El dispositivo de emisión de luz según la reivindicación 8, 9 ó 12, caracterizado por que el material luminiscente

comprende además un segundo material luminiscente y/o un tercer material luminiscente y/o un cuarto material luminiscente, que se usa/n junto con al menos uno de los materiales luminescentes de silicato según lo reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, convirtiendo el segundo material luminiscente y/o el tercer material luminiscente y/o el cuarto material luminiscente una parte de la luz procedente del material luminiscente de silicato según lo reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, dando así luz blanca.

14. El dispositivo de emisión de luz según la reivindicación 8, 9 ó 12, caracterizado por que el elemento emisor de luz que actúa como fuente de luz de excitación tiene un espectro de emisión que tiene un valor máximo en un intervalo comprendido entre la luz UV y la luz azul, y se combinan al menos dos haces luminosos que incluyen una parte de la luz procedente del material luminiscente de silicato y de luz procedente del segundo y/o del tercer y/o del

cuarto material luminiscente, formando así luz blanca.

15. El dispositivo de emisión de luz según la reivindicación 8, 9 ó 12, caracterizado por que el segundo y/o el tercer y/o el cuarto material luminiscente es/son: un fósforo de oxinitruro activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de nitruro activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de halosilicato activado por 40 un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de estructura de granate activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de sulfuro activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de óxido activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de sulfuro de óxido activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de aluminato activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de fluoroarsen (german) ato de magnesio activado por Mn dopante y/o un fósforo de borato activado por un elemento de

45 tierras raras dopante y/o un fósforo de fosfato activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de halofosfato activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de titanato activado por un elemento de tierras raras dopante y/o un fósforo de tiogalato activado por un elemento de tierras raras dopante.

16. El dispositivo de emisión de luz según la reivindicación 8, 9 ó 12, caracterizado por que es un LED de 50 conversión de la luminiscencia en el que el material luminiscente está en contacto directo o indirecto con un chip.

17. El dispositivo de emisión de luz según la reivindicación 8, 9 ó 12, caracterizado por que es un dispositivo de iluminación que comprende al menos un LED que usa el material luminiscente.